納米FeOOH-Mmt復(fù)合材料的制備和光催化氧化有機(jī)污染物研究.pdf

1、近年來，隨著全球工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，大量的工業(yè)廢水和城市生活廢水排入水體，導(dǎo)致水體的有機(jī)污染日益嚴(yán)重。利用自然界中存在的天然礦物的自凈化作用機(jī)理，開發(fā)多相催化高級(jí)氧化技術(shù)是一項(xiàng)有前景的污染治理與水體環(huán)境修復(fù)技術(shù)。自然環(huán)境中存在著豐富的FeOOH礦物，并且這些FeOOH礦物大部分都表現(xiàn)出光化學(xué)活性。以蒙脫石為基體制備納米FeOOH/Mmt復(fù)合材料，一方面能對(duì)納米FeOOH進(jìn)行固定，有利于光分散到薄膜的表面；另一方面利用蒙脫石的

2、層狀結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)FeOOH薄膜的表面積利用率，從而提高材料的催化活性。作為一項(xiàng)先進(jìn)的納米技術(shù)，能夠?yàn)殚_發(fā)修復(fù)水污染的新材料和新方法提供依據(jù)。本文模擬生物礦化原理，在低溫液相反應(yīng)體系中使得蒙脫石表面生長FeOOH薄膜，制備出納米FeOOH/Mmt復(fù)合材料。然后從納米環(huán)境材料的理論和應(yīng)用角度，首先以羅丹明B、苯酚水溶液為單一性目標(biāo)有機(jī)物，研究了納米FeOOH/Mmt的界面吸附—催化降解作用及機(jī)理，探討了該材料對(duì)處理實(shí)際二甲基亞砜工業(yè)廢水、受污

3、染地下水的作用效果。主要研究進(jìn)展如下： ⑴通過實(shí)驗(yàn)確定納米FeOOH/Mmt的最佳制備條件：鐵鹽、蒙脫石質(zhì)量比1:1，水浴時(shí)間10h，水浴溫度70℃。 ⑵在水浴溫度為70℃、鐵鹽濃度2.0mM、pH為2.1實(shí)驗(yàn)條件下，反應(yīng)10h，在Fe(NO3)3-HNO3反應(yīng)體系蒙脫石表面合成了針鐵礦(α—FeOOH)納米薄膜。在400℃高溫下煅燒4h，制備出納米α—Fe2O3/Mmt復(fù)合材料。 ⑶分別以水體中常見的有機(jī)物染料

4、羅丹明B、苯酚為單一目標(biāo)物，考察納米FeOOH/Mmt的光催化活性。目標(biāo)物濃度20mg.L-1，催化劑用量為1g.L-1，H2O2濃度0mM、5mM，光源350w氙燈。不外加H2O2，α—FeOOH/Mmt和α—Fe2O3/Mmt對(duì)羅丹明B的礦化率分別達(dá)到了85％和71％，苯酚的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到71.9％、60.9％；加入H2O2后兩者對(duì)羅丹明B的礦化率分別增至92％和96％，苯酚轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到95.5％、95.9％，均大大高于同條件下空

5、白樣(只加入H2O2，無催化劑)的礦化率；兩種有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率均遵循如下順序：可見光/H2O2反應(yīng)體系>可見光反應(yīng)體系，可見光照反應(yīng)體系>避光反應(yīng)體系。 ⑷分析納米FeOOH/Mmt處理有機(jī)污染物的作用機(jī)理，分別探討了負(fù)載FeOOH納米膜、H2O2濃度對(duì)降解有機(jī)物的效果影響以及納米FeOOH/Mmt的穩(wěn)定性。結(jié)果表明負(fù)載型α—FeOOH優(yōu)于單純?chǔ)痢狥eOOH的光催化效果，對(duì)于羅丹明B體系，其礦化率提高30％；H2O2濃度在一定范圍

6、內(nèi)增加有助于光催化反應(yīng)的進(jìn)行，但超過一定限值(對(duì)于苯酚5mM)，效果不再增強(qiáng)，過多的H2O2是·OH的清除劑；以光催化降解羅丹明B為例考察光催化材料的穩(wěn)定性，在相同條件下，經(jīng)過四次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，無論從羅丹明B的TOC去除率還是從溶入溶液中的鐵的濃度變化都說明以蒙脫石為基底物相為α—FeOOH和α—Fe2O3自組裝納米膜具有較好的穩(wěn)定性。 ⑸以納米α—FeOOH/Mmt、α—Fe2O3/Mmt處理COD高達(dá)2500mg/l的二甲基亞砜

7、工業(yè)廢水。在350w氙燈照射下，光催化反應(yīng)6h后COD均降低到700mg/L以下，且廢水中刺激性氣味基本消除。將α—FeOOH/Mmt、α—Fe2O3/Mmt與本研究組制備的其它光催化劑α—FeOOH/SO3H—SAMs、α—FeOOH/TiO2/SO3H—SAMs、α—FeOOH/TiO2/Mmt處理二甲基亞砜廢水的效果進(jìn)行比較，各催化劑對(duì)二甲基亞砜廢水COD去除率均達(dá)到75％以上，綜合考慮樣品的經(jīng)濟(jì)性、制備程序的復(fù)雜性，α—FeOO

8、H/Mmt最為經(jīng)濟(jì)和適用。 ⑹探討納米FeOOH/Mmt復(fù)合材料處理地下水中主要污染物氯化物的應(yīng)用效果。避光條件下，反應(yīng)6h，α—FeOOH/Mmt和α—Fe2O3/Mmt水樣中Cl-1含量分別減少27％和24％，說明納米FeOOH/Mmt具備一定的吸附Cl-1能力；可見光條件下，水樣中Cl-1濃度均高于相應(yīng)的避光條件下Cl-1濃度，這顯示有機(jī)氯部分氧化為Cl-1進(jìn)入水樣中，此外Cl-1濃度在前2h呈下降趨勢(shì)，說明整個(gè)反應(yīng)階段同